Перистальтический насос

 

Использование: для транспортирования вязких, неоднородных жидкостей, в том числе незатвердевших строительных растворов и бетонов. Сущность изобретения: насос снабжен планетарным зубчатым механизмом со свободно вращающимися на кривошипах вытеснительными роликами, центры которых движутся по траектории, приближенной к правильному многоугольнику со скругленными вершинами. Линейный эластичный рабочий орган (шланг) расположен на опорной поверхности параллельно одной из сторон многоугольника. На входной части рабочего органа, у вершины многоугольника - траектории, очерченной центрами вытеснительных роликов, установлен по крайней мере один нажимной элемент, пережимающий рабочий орган насоса при воздействии на него вытеснительного ролика перед началом рабочего хода. Количество вытеснительных роликов не менее числа сторон многоугольника. 3 ил.

Изобретение относится к насосостроению, в частности к объемным насосам с эластичными рабочими камерами и может быть использовано для перекачивания вязких, неоднородных жидкостей, в том числе незатвердевших строительных растворов и бетонов.

Известен перистальтический шланговый насос, содержащий корпус с двумя линейно размешенными в нем эластичными шлангами и взаимодействующие с последними ролики-вытеснители, попарно при помощи устройств поперечных относительно шлангов перемещений, закрепленные на двух концентрично установленных с возможностью противонаправленных взаимных перемещений штоках приводного механизма продольных перемещений роликов между их конечными положениями, в котором каждое устройство поперечных перемещений роликов выполнено в виде шарнирно закрепленного на штоке с возможностью одностороннего ограниченного качания рычага и двух упоров, закрепленных в корпусе в зоне конечных положений роликов, вытеснителей с возможностью взаимодействия с рычагами, причем диаметр одного шланга больше диаметра другого шланга [1] Недостатком известного насоса является необходимость применения двух возвратно-поступательных, синхронизированных между собой приводов, например, гидравлических, с гидростанцией и блоком управления, что представляет собой значительную сложность конструкции, с вытекающими из этого дороговизной и трудностями в обслуживании.

Наиболее близким к описываемому устройству является насос перистальтического типа, содержащей одну или несколько эластичных насосных трубок, установленных на опорной плите и закрепленных на концах в монтажной рамке при помощи хомутиков, один из которых установлен с возможностью перемещения вдоль насосной трубки и удержания ее в упомянутой монтажной рамке в растянутом состоянии, причем для привода насоса использована цепная передача с равномерно расположенными по ней роликами-вытеснителями, оппозитно опирающихся на опорную поверхность [2] Недостаток этого насоса состоит в том, что для привода насоса использована цепная передача, имеющая невысокую надежность.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение надежности и упрощение конструкции.

Это достигается тем, что насос снабжен планетарным зубчатым механизмом, содержащим центральные колеса, водила и сателлиты, соединенные с кривошипами, на которых установлены равномерно расположенные по окружности, с возможностью свободного вращения, вытеснительные ролики, центры которых при движении планетарного механизма очерчивают траекторию, наибольшее приближение которой к правильному многоугольнику со скругленными вершинами путем укорочения гипоциклоиды (астроиды) с целым, не менее трех, числом ветвей, обеспечивается подбором длин радиусов кривошипов; эластичный рабочий орган установлен на опорной поверхности, расстоянии, достаточном для его эффективного пережатия, параллельно одной из сторон многоугольника, а на входной части рабочего органа, у вершины многоугольника очерченной траектории, установлен, по крайней мере, один нажимной элемент, пережимающий рабочий орган насоса при воздействии на него одного из вытеснительных роликов, непосредственно перед соприкосновением вытеснительного ролика с рабочим органом началом рабочего хода, причем количество вытеснительных роликов не менее числа сторон многоугольника.

Планетарный механизм, с помощью которого приводятся в движение вытеснительные ролики, обеспечивает высокую надежность насоса при компактном его исполнении, и расположение линейного рабочего органа параллельно стороне многоугольника, по периметру которого движутся равномерно расположенные вытеснительные ролики, значительно упрощает конструкцию описываемого насоса.

На фиг. 1 изображен насос в осевом вертикальном разрезе.

На фиг. 2 поперечный разрез насоса.

На фиг. 3 траектория, очерчиваемая центрами вытеснительных роликов, воздействующих на рабочий орган насоса, для случая гипоциклоиды с тремя ветвями (правильно треугольника со скругленными вершинами) и мгновенные положения вытеснительных роликов и кривошипов.

Насос перистальтический с, например, треугольной траекторией перемещения центров вытеснительных роликов, с исполнением планетарного механизма по схеме Давида, устроен следующим образом.

В центральном подшипнике корпуса 1 установлен ведущий вал 2 и на нем жестко закреплено водило 3, соединенное колонками с водилом 4. В пространстве между водилами размещено центральное колесо 5 с наружными зубьями (возможно также исполнение планетарного механизма по схеме Джеймса, в котором центральное колесо 5 имеет внутренние зубья). Центральное колесо 5 жестко соединено с корпусом при помощи оси 6, пропущенной через ступицу водила 4.

Параллельно ведущему валу 2 и оси 6 центрального колеса 5, с возможностью свободного вращения подшипниках, закрепленных на водилах 3 и 4, на одинаковом удалении от центра колеса 5, равномерно расположенные по окружности, установлены по меньшей мере три одинаковых сателлита 8, жестко соединенные с тремя кривошипами 7.

Передаточное отношение центрального колеса 5 и любого сателлита 8 для треугольной траектории должно быть равно трем.

Передаточное отношение для траектории, очерченной, в общем, по правильному многоугольнику, должно быть равно числу сторон данного правильного многоугольника.

Каждый сателлит 8 зацеплен с центральным колесом 5 через паразитную шестерню-сателлит 9, оси которых закреплены на водиле 3 (при исполнении механизма по схеме Джеймса паразитные шестерни-сателлиты не нужны).

На шатунной шейке каждого кривошипа 7 с возможностью свободного вращения посажен вытеснительный ролик 10. Всего для случая с треугольной траекторией количество вытеснительных роликов должно быть не менее трех, для других случаев не менее числа сторон многоугольника.

Рабочий орган 11 насоса установлен на опорной поверхности 12 параллельно стороне многоугольника траектории очерчиваемой центрами вытеснительных роликов при работе насоса, на расстоянии Н от центра ведущего вала, достаточном для эффективного пережатия рабочего органа 11 вытеснительными роликами 10.

На входной части рабочего органа 10 установлен по меньшей мере один нажимной элемент 13, имеющий, например, возможность ограниченного вращения в шарнире 14. При воздействии вытеснительного ролика 10, проходящего скругленную вершину многоугольника траектории, на нажимной элемент 13, происходит кратковременное пережатие рабочего органа 10 в течение времени прохождения вытеснительным роликом 10 скругления на вершине многоугольника-траектории, непосредственно перед началом рабочего хода.

Насос перистальтический работает следующим образом.

При вращении ведущего вала 2 от силового привода (на чертеже не показан), центры вытеснительных роликов очерчивают траекторию в виде укороченной гипоциклоиды, в изображенном на чертеже случае, с тремя ветвями, в виде равностороннего треугольника со скругленными вершинами.

Импирически установлено, что при r 0,3R, относительное несовпадение ветвей укороченной гипоциклоиды и сторон теоретически правильного треугольника составляет около 2,5% Вытеснительные ролики через равные промежутки времени взаимодействуют с рабочим органом, вытесняя из него перекачиваемую среду в сторону нагнетания.

Применение укороченной гипоциклоиды для побуждения перистальтического насоса связано со следующими особенностями.

Каноническая гипоциклоида (астроида) имеет острые вершины и изогнутые к центру образующей окружности ветви, в принципе, для побуждения перистальтики рабочего органа насоса, возможно применение канонической гипоциклоиды как траектории для перемещения вытеснительных роликов, однако в этом случае необходимо рабочему органу, а вместе с ним и опорной поверхности, придать кривизну и расположить их эквидистантно одной из ветвей гипоциклоиды. В этом случае радиусы кривошипа вытеснительных роликов должны быть равны половине делительных диаметров несущих их сателлитов. При этом соблюдается обязательное условие постоянного пережатия рабочего органа хотя бы одним вытеснительным роликом в любой момент времени работы насоса.

Однако криволинейная опорная поверхность, как и искривленный рабочий орган, нетехнологичны в изготовлении и неудобны в обслуживании. Исходя из чего и предложено использовать одну из ветвей укороченной гипоциклоиды, представляющую практически прямую линию.

Поскольку в этом случае условие постоянного пережатия рабочего органа хотя бы одним вытеснительным роликом не всегда соблюдается, становится невозможным создать давление в нагнетательном трубопроводе при перекачивании среды, что является прямым следствием спрямления ветвей гипоциклоиды, потому что гипоциклоида превращается в правильный многоугольник со скругленными вершинами, что обеспечивается в вышеизложенном устройстве увеличением длин радиусов кривошипов до определенного значения, то для соблюдения условия постоянного пережатия рабочего органа насоса хотя бы одним вытеснительным роликом в любой момент времени при наименьшем количестве вытеснительных роликов, необходимо на рабочий орган дополнительно установить по крайней мере один нажимной элемент, пережимающий рабочий орган насоса при воздействии на него одного из вытеснительных роликов перед тем, как вытеснительному ролику воздействовать на рабочий орган насоса, то есть непосредственно перед началом рабочего хода.

Вышеизложенный насос перистальтический при конструктивной и технологической простоте обладает высокой надежностью в работе и простотой в обслуживании.

Формула изобретения

Перистальтический насос, содержащий привод с вытеснительными роликами, линейный эластичный рабочий орган, например шланг, опорную поверхность и нажимные элементы, отличающийся тем, что насос снабжен планетарным зубчатым механизмом, содержащим центральные колеса, водила и сателлиты, соединенные с кривошипами, на которых установлены равномерно расположенные по окружности с возможностью свободного вращения вытеснительные ролики, центры которых при движении планетарного механизма очерчивают траекторию, наибольшее приближение которой к правильному многоугольнику со скругленными вершинами путем укорочения гипоциклоиды (астроиды) с целым, не менее трех, числом ветвей, обеспечивается подбором длин радиусов кривошипов, при этом эластичный рабочий орган установлен на опорной поверхности на расстоянии, достаточном для его эффективного пережатия, параллельно одной из сторон многоугольника, а на входной части рабочего органа, у вершины многоугольника очерченной траектории установлен по крайней мере один нажимной элемент, пережимающий рабочий орган насоса при воздействии на него одного из вытеснительных роликов непосредственно перед соприкосновением вытеснительного ролика с рабочим органом началом рабочего хода, причем количество вытеснительных роликов не менее числа сторон многоугольника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3